1 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 M. en C. Jose Ignacio Castillo Velázquez Ingeniería en Sistemas Electrónicos y de Telecomunicaciones Universidad Autónoma de la Ciudad de México IEEE Computer Society – Distinguished Visitors Program 2015-2017 IEEE Computer Society - Board of Governors Member 2011-2014 3er Congreso Regional de Energía 2016 IEEE SECCIÓN El Salvador, 21 de Julio de 2016 1
2 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 Resumen Las ciudades inteligentes (SMART CITIES) exitosas serán aquellas que cuenten primero con redes de energía inteligentes (SMART GRID) que más allá de la publicidad sean realmente eficientes al Generar, transmitir y consumir energía eléctrica. Se busca la “ENERNET” 2 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016
3 3 Autor José-Ignacio Castillo-Velázquez ha trabajado por 20 años en las áreas de tecnologías de la información y las comunicaciones. y energía tanto en empresas como en universidades tanto públicas como privadas. + 40 proyectos nacionales e internacionales. Energía eólica, celdas a combustible, baterías. IEEE Computer Society – Miembro del consejo de administración - Programa de Conferencistas distinguidos Comités IEEE: Smart cities, cloud computing y cyber security Comités ISO 27000 y 38500 Autor de 3 libros. “Redes de datos contexto y evolución” Consultor para Datacenter Dynamics desde 2014. Profesor-Inv. Universidad Autónoma de la Ciudad de México desde 2008. www.ignaciocastillo.org
4 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 I.Smart Grid Vista general II. Estándares Smart Grid 4 III. Algunos avances en Latinoamérica IV. Smart Grid y algunas interdependencias
5 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 5 I. SMARTGRID: VISTA GENERAL La SMART GRID (Red eléctrica inteligente) es una red de comunicaciones de datos integrada con la red de energía, la cual habilita a los operadores para colectar y analizar la información referente a la G, T, D y consumo de energía, así como para realizar acciones de conexión o desconexión.
6 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 6 Motivación / objetivo: Hacer que la alimentación (G, T, D) y uso de la energía eléctrica sean eficientes. ¿Qué hacer? Integrar una red de comunicaciones de datos a la red de energía eléctrica que permita ¿Para qué’ 1. Colectar la información referente a la generación, transmisión/distribución y consumo de energía. 2. Analizar y tomar decisiones. 3. Realizar acciones de monitoreo, conexión o desconexión. El resultado …SMART GRID - Red de E. E. inteligente I. SMARTGRID: VISTA GENERAL
7 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 7 Los motivos-problemas: - Pérdidas técnicas y no técnicas en G, T, C Fugas en subestaciones fugas y robos del lado del usuario final, … El monitoreo y acción manual es caro y riesgoso La solución: automatizar - Primeras fases: Monitoreo automático 1.En subestaciones SMART SUBESTATION 2. Al consumo (AMI, Smart metering) I. SMARTGRID: VISTA GENERAL
8 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 8 ¿CÓMO LO VE EL USUARIO FINAL? smart meter (900 Mhz) - LECTURA AUTOMÁTICA [AMR] I. SMARTGRID: VISTA GENERAL
9 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 9 Automatic Meter Reading (AMR) vs Advanced Metering Infrastructure (AMI) Sistemas que miden, colectan y analizan el uso de la energía y se comunican con equipos de medición de electricidad, calor, agua. Sistemas que incluyen sistemas de: Hardware software (MDM- Meter Data Management), comunicación, controladores y visualizadores de consumo de energía, sistemas asociados al consumidor y sistemas de generación de energía. ¿CÓMO SE VE DESDE LAS REDES? I. SMARTGRID: VISTA GENERAL
10 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 10 I. SMARTGRID: VISTA GENERAL ¿CÓMO LO VEN LAS SUBESTACIONES? MIGRACIÓN Las NAN (Neighborhood Area Network) son criíicas, podrían abarcar cientos o miles de metros.
11 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 11 PERO ¿ Es posible predecir como se comportarán las tecnologías asociadas a SMARTGRID? I. SMARTGRID: VISTA GENERAL
12 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 12 I. SMARTGRID: VISTA GENERAL ALCANCE: SMARTGRID … COMO TODAS LAS TECNOLOGÍAS e IMPERIOS Ciclo Gartner en la tecnología – SIMPLIFICADO
13 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 13 I. SMARTGRID: VISTA GENERAL ALCANCE: SMARTGRID … COMO TODAS LAS TECNOLOGÍAS e IMPERIOS Ciclo Gartner en la tecnología – SIMPLIFICADO
14 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 14 La gran solución: Empresas de E. E. replican a las de telecomunicaciones. AUTOMATIZAR Red eléctrica ¿A DÓNDE VAMOS? I. SMARTGRID: VISTA GENERAL smart home, smart buildings smart substations, SMART CITIES SMART COUNTRIES SMART PLANET (S) ¿CÓMO? Monitoreo vía consola SCADA con sistema de comunicación (Supervisory Control and Data Acquisition)
15 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 I.Smart Grid Vista general II. Estándares Smart Grid 15 III. Algunos avances en Latinoamérica IV. Smart Grid y algunas interdependencias
16 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 16 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID En un principio … Toda solución tecnológica inicia con fabricantes que proveen soluciones, cada uno provee la suya. Problema: no hay estándares Solución: crear estándares: IEC/ ISO/ IEEE, … Mayo de 2009
17 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 17 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID Busca hacer realidad la interoperabilidad entre los distintos equipos electrónicos inteligentes [IED] que componen un sistema de automatización de una subestación eléctrica [SAS], pudiendo ser tales equipos de fabricantes diferentes. Ej de IED: Advanced Metering Infrastructure (AMI) IEC 61850 En U. Control SUB-SCADA Son sistemas que controlan una subestación en T o D, mediante telecomunicaciones, mediante IEC 61580 para CONTROL y PROTECCION. Permite la acción sobre relés, interruptores, reguladores, tomas, etc. Mensajes vía GOOSE (Generic Objet Oriented System Event)
18 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 18 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID Ventajas de IEC 61850 Comunicación de Alta Velocidad por Redes Ethernet Interoperabilidad entre productos Reducción substancial de cables de cobre usando protocolo GOOSE Reducción de conexiones físicas mejora la confiabilidad y disponibilidad del sistema Obsolescencia no es un problema al corto plazo Expansión del sistema es “fácil” relativamente. IEC 61850
19 Arquitectura de red en un sistema automático implementado con IEC 61850 19 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID
20 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 20 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID Otros protocolos de comunicación para medidores inteligentes IEC 61107 (U. E), sustituida por la IEC 62056. Envían información en código ASCII mediante un puerto serial ya sea: A) Vía cobre: EIA-485 B) Vía óptica (led y fotodiodo) OSGP (Open Smart Grid Protocol): familia de especificaciones de ETSI (European Telecommunications Standard Institute). ISO/IEC 14908: estándar para la red de control para medidores inteligentes y otras aplicaciones grid inteligentes. La tendencia protocolo TCP/IP, para app. smart grid
21 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 21 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID
22 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 22 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID
23 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 23 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID Para el ancho de banda sobre PLC (Power Line Communications) http://standards.ieee.org/findstds/standard/1675-2008.html IEEE 1675 - 2008 IEEE 1775 - 2010 Para PLC, Requerimientos de compatibilidad electromagnética (EMC) Métodos de medición y pruebas http://standards.ieee.org/findstds/standard/1775-2010.html IEEE 1547-2010 Para la interconexión de la energía distribuida: solar eólica, almacenamiento etc.
24 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 24 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID Desarrolla un “bosquejo de guía para la interoperabilidad del “Smart Grid”, de la tecnología energética y de la operación con las TI (2011) con los sistemas de energía eléctrica con las aplicaciones del usuario final y sus cargas. http://grouper.ieee.org/groups/scc21/2030/2030_index.html IEEE P2030
25 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 25 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID Para los sistemas de comunicaciones de alta velocidad (500Mbit/s en capa 1- ISO/OSI) vía las líneas de energía eléctrica (PLC) llamados equipos BPL (Broad Band over PL). Incluye aplicaciones para LAN y la comunicación con vehículos Frecuencias de transmisión < 100MHz. Estándar para una red casera digital de tipo convergente para tecnologías heterogéneas. IEEE Std. 1905.1 - 2013 IEEE Std 1901-2010 ( Desde 2005 )
26 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 26 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID Protocolo profibus para smart grid
27 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 27 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID Routers para smart grid network Cisco CGR2010 - Connected Grid Routers- 2010 Cumple con el std IEC 61850 para subestaciones y el IEEE 1613 (detalla los req. de prueba para equipos de red de comunicaciones para subestaciones ) Incluye servicios de ruteo avanzado, firewall, trafico, QoS y segmentación de la red Cisco CGR 2010 -Connected Grid Routers
28 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 28 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID Switches para smart grid network Cisco CGS 2520 - Connected Grid Switches Cumple con el std IEC 61850 para subestaciones y el IEEE 1613 (detalla los req. de prueba para equipos de red de comunicaciones para subestaciones de energía eléctrica ) & sistemas SCADA Incluye servicios de ruteo avanzado, firewall, trafico, QoS y segmentación de la red Cisco CGS 2520 -Connected Grid Switches
29 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 29 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID Modelos de capas en una red
30 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 30 II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID Ej: Pantallas principales de HMI (Interfaces humano máquina)
31 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 I.Smart Grid Vista general II. Estándares Smart Grid 31 III. Algunos avances en Latinoamérica IV. Smart Grid y algunas interdependencias
32 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 32 III. Algunos avances en Brasil #1 Fuente: Smart Grid Spotlight: Brazil.. Iniciativas Smart Grid en Brasil EPE-CEPEL-ANEEL-ONS/2011 1. Minas Gerais 2. Sao Paolo 3. Paraná 4. Florianópolis Plan Nacional de Energía 2008-2017 Meta: 54GW Cap. inst. p atender incremento en consumo del 60% en el país En 2010, casi todos los instalaciones eléctricas iniciaron su preparación estratégica hacia Smart Grid - Modernización / reinvención- Inversionistas privados IBM GE Silver Springs Networks Inversionistas privados IBM GE Silver Springs Networks Compañías pioneras en Smartgrid CEMIG, AES Eletropaulo, COPEL and CELESC.
33 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 33 III. Algunos avances en Brasil #1 En 2009, las perdidas de energía en Rio de Janeiro fueron de 21% (5 TWh.) [Todo Mex en 2013 15%] Las pérdidas comerciales en todo Brasil fueron de 5,000 MDD p compañías de distribución…. Por tanto la absorben los usuarios La agencia reguladora de electricidad ANEEL, aprobó el uso de PLC en todo Brasil. también aprobó reemplazar 65 millones de medidores electromecánicos por Smart Meters vía Plan Nacional de Energía 2008-2017 Cesare Quinteiro, An Overview of Smart Grids in Brazil, ENERGY 2011 : The First International Conference on Smart Grids, Green Communications and IT Energy-aware Technologies … En México el Plan Nacional de Infraestructura 2014-2018 contempló sólo 1 millón de nuevos medidores http://countrymeters.info/es/Mexico 15 /julio /2016 El Departamento de Asuntos Económicos y Sociales de las Naciones Unidas Población209, 862, 088128, 859, 316 crecimiento 1, 016 016 931, 353 Población7,445,611,5006 144 455 crecimiento 47 776 050 9 570
34 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 34 Para 2007 CFE tenía: 174 plantas generadoras 45,000 Km de líneas de transmisión En 2000 tomó la especificación DNP3 y migró a internet … INFRAESTRUCTURAS CRíTICAS En 2007 Adoptó el std IEC 61850 y se conectó a internet en la VENTA II Fuente: CFE-SEL. Design and implementation of IEC 61850 from multiple vendors at CFE La Venta II, 2007 Conexiones a subestación vía anillos FO-Ethernet https://www.selinc.com/61850/ CFE III. Algunos Avances en México #2 La información recolectada usando IEC 61850 se convierte a DNP3 y conitel 2020, se transmite vía sistemas SCADA
35 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 35 En México CFE otorgó a Silver Spring Networks el 23 de abril de 2015 “Reducción de Pérdidas de Energía en Distribución’” Programa Smart Grid en la Ciudad de México (140,000 clientes comerciales y residenciales) de los aprox. 2,000,000 de clientes en CDMX Perdidas no técnicas – robo En todo México (2013) 15% y en lugares de CDMX hasta 35% Casos CDMX y Acapulco III. Algunos Avances en México #2 Tecnologías EOS, Megacable & Hola Innovacion consortium III. Otros países en Latinoamérica Chile Colombia y Perú Políticas regulatorias inversiones
36 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 36 III. Algunos avances en Brasil /SMART GRID / SMART CITIES – 2014 / 2016 Sistema Smart City – IBM 2014
37 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 37 III. IEEE Smartgrid initiative Sistema Smart City – IBM 2014 http://smartgrid.ieee.org/ 2017 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference - Latin America (ISGT Latin America) Quito, Ecuador
38 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 38 III. IEEE Smartgrid initiative Advanced Protection Asset Management and OptimizationAsset Management and Optimization Customer Enablement Demand Response Micro-Grid and Nano-Grid Plug-in Vehicles Smart City Smart Metering Systems Substation Automation Transmission and Distribution PlanningTransmission and Distribution Planning
39 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 I.Smart Grid Vista general II. Estándares Smart Grid 39 III. Algunos avances en Latinoamérica IV. Smart Grid y algunas interdependencias
40 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 40 IV. El ecosistema tecnológico del futuro de la humanidad Data Centers Buscando la ENERNET
41 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 41 IV. Una ciudad es una máquina económica y social. En 2030 más de 5,000 millones vivirán en ciudades Data Centers Un solo ENERNET ….
42 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 Smart Universe Smart Planetary system Smart planets Smart Earth Smart countries Smart cities (Venus project -1995) Smart grids Smart Buildings, houses, schools, streets, … intelligent communities Big Data Cloud computing Interplanetary internet IoT La idea global IV. Una ciudad es una máquina económica y social. En 2030 mas de 5,000 millones vivirán en ciudades
43 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 43 IV. Una ciudad es una máquina económica y social. En 2030 mas de 5,000 millones viviran en ciudades 6 characterísticas, 31 factores & 74 indicadores
44 “Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016 44 IV. Comentarios finales 1. Lo bueno, la gente debe ser inteligente 2. Lo bueno y malo ENERNET 3. Lo malo la ley economía de Mateo se cumple …